Portable Function Generator sa Arduino: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ang generator ng pagpapaandar ay isang napaka kapaki-pakinabang na tool, lalo na kapag isinasaalang-alang namin ang pagsubok ng tugon ng aming circuit sa isang tiyak na signal. Sa itinuturo na ito ilalarawan ko ang pagkakasunud-sunod ng gusali ng maliit, madaling gamitin, portable function generator.

Mga tampok ng proyekto:

• Ganap na kontrol sa digital: Hindi na kailangan para sa mga passive analog na bahagi.
• Modular na disenyo: Ang bawat sub-circuit ay paunang natukoy na madaling gamitin na module.
• Dalas ng output: Magagamit na saklaw mula sa 0Hz hanggang 10MHz.
• Simpleng kontrol: Single rotary encoder na may built-in na push button.
• Li-ion na baterya para sa portable na paggamit, na may panlabas na kakayahan sa pagsingil.
• Ang pagkabit ng AC at DC para sa output waveform.
• Pagkontrol ng LCD Brightness para sa pagbawas ng pagkonsumo ng enerhiya.
• Tagapahiwatig ng singil ng baterya.
• Pagkontrol sa digital amplitude.
• Tatlong magagamit na mga form ng alon: Sine, tatsulok at parisukat.

Hakbang 1: Ang Ideya

Mayroong maraming mga circuit na nangangailangan ng ilang kagamitan sa pagsubok upang makakuha ng impormasyon tungkol sa tugon ng circuit sa isang tiyak na form ng alon. Ang proyektong ito batay sa Arduino (Arduino Nano sa kasong ito), na may 3.7V isang baterya ng Lithium-Ion bilang isang mapagkukunan ng kuryente sa gayon ay ginagawang portable ang aparato. Ito ay kilala na ang Arduino Nano board ay nangangailangan ng 5V bilang isang supply ng kuryente, kaya ang elektronikong disenyo ay naglalaman ng DC-DC boost converter na nagko-convert ng 3.7V boltahe ng baterya sa 5V na kinakailangan para sa pag-power up ng Arduino. Kaya, ang proyektong ito ay madaling buuin, kumpletong modular, na may simpleng eskematiko na diagram.

Pagpapatakbo ng board: Ang aparato ay mayroong isang solong mini-USB konektor na tumatanggap ng 5V mula sa panlabas na supply ng kuryente, na maaaring alinman sa PC o panlabas na USB charger. ang circuited na dinisenyo sa isang paraan na kapag ang pinagmulan ng 5V DC ay konektado, ang baterya ng Li-ion ay sinisingil ng TP4056 charger module na naka-attach sa power supply circuitry (Ang paksa ay pinalawak pa sa mga sumusunod na hakbang).

AD9833: ang integrated circuit ng generator ng pagpapaandar ay isang gitnang bahagi ng disenyo, kinokontrol sa pamamagitan ng interface ng SPI na may kakayahang makabuo ng square / sine / triangle na alon na may pagpipiliang pagbago ng dalas. Dahil ang AD9833 ay walang kakayahan na baguhin ang amplitude ng signal signal, gumamit ako ng isang digital na 8-bit potentiometer bilang isang voltage divider sa endpoint ng output ng aparato (Ilalarawan sa mga karagdagang hakbang).

Ipakita: ang pangunahing 16x2 LCD, na marahil ang pinakatanyag na likidong-kristal na pagpapakita sa mga gumagamit ng Arduino. Upang mabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya, mayroong isang pagpipilian upang ayusin ang LCD backlight sa pamamagitan ng signal ng PWM mula sa paunang natukoy na "analog" na pin ng Arduino.

Matapos ang maikling panimula na ito, maaari kaming magpatuloy sa proseso ng pagbuo.

Hakbang 2: Mga Bahagi at Instrumento

1: Mga Elektronikong Bahagi:

1.1: Mga Pinagsamang Module:

• Board ng Arduino Nano
• 1602A - Generic na likidong kristal na display
• CJMCU - module ng generator ng pagpapaandar ng AD9833
• TP4056 - module ng charger ng baterya ng Li-ion
• DC-DC Hakbang-Up na pantakip na module: 1.5V-3V hanggang 5V converter

1.2: Mga Pinagsamang Circuits:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT relay
• X9C104P - 8-bit 100KOhm digital potentiometer
• EC11 - Rotary Encoder na may switch ng SPST
• 2 x 2N2222A - pangkalahatang layunin ng NPN BJT

1.3: Passive at hindi naiuri na mga bahagi:

• 2 x 0.1uF -Ceramic capacitors
• 2 x 100uF - Mga electrolytic capacitor
• 2 x 10uF - Mga electrolytic capacitor
• 3 x 10KOhm Resistors
• 2 x 1.3KOhm Resistors
• 1 x 1N4007 Rodeifier diode
• 1 x SPDT Toggle switch

1.4: Mga Konektor:

• 3 x 4-pin na JST 2.54mm pitch konektor
• 3 x 2-pin JST 2.54mm pitch konektor
• 1 x Connector ng RCA Receptacle

2: Mga Bahaging Mekanikal:

• 1 x 12.5cm x 8cm x 3.2cm Plastic enclosure
• 6 x KA-2mm na paghila ng mga tornilyo
• 4 x KA-8mm screws sa pagbabarena
• 1 x Encoder knob (Cap)
• 1 x 8cm x 5cm Prototype board

3. Mga Instrumento at Software:

• Istasyon / bakal na panghinang
• Elektronikong distornilyador
• Paggiling ng mga file ng maraming laki
• Matalas na kutsilyo
• Mga piraso ng drill
• Mga piraso ng birador
• Mainit na glue GUN
• Mini-USB cable
• Arduino IDE
• Caliper / pinuno

Hakbang 3: Paliwanag sa Skematika

Upang mas madaling maunawaan ang diagram ng eskematiko, ang paglalarawan ay nahahati sa mga sub-circuit habang ang bawat sub-circuit ay may responsibilidad para sa bawat bloke ng disenyo:

1. Arduino Nano Circuit:

Ang module ng Arduino Nano ay gumaganap bilang isang "Pangunahing Utak" para sa aming aparato. Kinokontrol nito ang lahat ng mga peripheral module sa aparato, sa parehong mga digital at analog operating mode. Dahil ang modyul na ito ay may sariling mini-USB input konektor, gagamitin ito pareho bilang isang input ng power supply at input ng interface ng programa. Dahil dito, J1 - ang mini-USB konektor ay hiwalay mula sa eskematiko na simbolo ng Arduino Nano (U4).

Mayroong isang pagpipilian para sa paggamit ng nakatuon na mga analog na pin (A0.. A5) bilang pangkalahatang layunin na I / O, kaya't ang ilan sa mga pin ay ginagamit bilang digital output, nakikipag-usap sa LCD at AC / DC na pagpipilian ng pagkabit ng output ng aparato. Ang mga analog na pin na A6 at A7 ay nakatuon na mga analog input pin at maaari lamang magamit bilang isang mga ADC input, dahil sa Arduino Nano microcontroller ATMEGA328P TQFP package, tulad ng ito ay tinukoy sa datasheet. Pansinin na ang linya ng boltahe ng baterya na VBAT ay nakakabit sa analog input pin A7, dahil kailangan nating makuha ang halaga nito upang matukoy ang mababang estado ng baterya ng boltahe ng baterya ng Li-ion.

2. Power Supply:

Ang circuit ng supply ng kuryente ay batay sa pag-power ng buong aparato sa pamamagitan ng baterya ng Li-ion 3.7V na na-convert sa isang 5V. Ang SW1 ay isang switch ng toggle ng SPST na kumokontrol sa daloy ng kuryente sa buong circuit. Tulad ng nakikita mula sa mga iskema, kapag ang panlabas na supply ng kuryente ay konektado sa pamamagitan ng micro-USB konektor ng Arduino Nano module, ang baterya ay sinisingil sa pamamagitan ng module na TP4056. Siguraduhin na ang bypass capacitors ng maraming mga halaga ay naroroon sa circuit, dahil mayroong isang DC-DC boost converter switching ingay sa lupa at 5V potensyal ng buong circuit.

3. AD9833 at Output:

Nagbibigay ang sub-circuit na ito ng naaangkop na output ng alon, na tinukoy ng AD9833 module (U1). Dahil mayroon lamang solong suplay ng kuryente sa aparato (5V), kailangang maglakip ng pagkabit pipili ng circuit sa output cascade. Ang C1 capacitor ay konektado sa serye sa yugto ng pagpili ng amplitude, at maaaring patahimikin sa pamamagitan ng kasalukuyang pagmamaneho sa relay inductor, sa gayon ay gumagawa ng signal ng output na nasusunod diretso sa yugto ng output. Ang C1 ay may halaga na 10uF, sapat ito para sa form ng alon kahit na ng mababang mga frequency na dumaan sa kapasitor nang hindi pinangit, naapektuhan lamang ng pagtanggal ng DC. Ang Q1 ay ginagamit bilang simpleng switch ng BJT na ginamit upang humimok ng kasalukuyang sa pamamagitan ng indaytor ng relay. Siguraduhin na ang diode ay konektado sa isang pabalik na paglalaan sa relay inductor, upang maiwasan ang mga boltahe na spike na maaaring makapinsala sa mga circuit ng aparato.

Huling ngunit hindi bababa sa yugto ay isang napili ng amplitude. Ang U6 ay 8-bit digital potentiometer IC, na gumaganap bilang voltage divider para sa isang naibigay na output waveform. Ang X9C104P ay isang 100KOhm digital potentiometer na may napaka-simpleng pagsasaayos ng posisyon ng wiper: 3-pin na mga digital na input para sa pag-aayos ng pagtaas / posisyon ng wiper na wiper.

4. LCD:

Ang 16x2 Liquid crystal display ay graphic interface sa pagitan ng gumagamit at circuitry ng aparato. Upang mabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya, ang LCD backlight cathode pin ay konektado sa Q2 BJT na konektado bilang switch, kinokontrol ng signal ng PWM na hinimok ng kakayahan ng Arduino analogWrite (Ilalarawan sa hakbang ng code ng Arduino).

5. Encoder:

Ang encoder circuit ay isang interface ng kontrol, na tumutukoy sa buong pagpapatakbo ng aparato. Ang U9 ay binubuo ng encoder at isang switch ng SPST, kaya hindi na kailangang magdagdag ng karagdagang mga pindutan sa proyekto. Ang Encoder at switch pin ay dapat na nakuha ng isang panlabas na 10KOhm resistors, ngunit maaari rin itong tukuyin sa pamamagitan ng code. Inirerekumenda na magdagdag ng mga 0.1uF capacitor kahanay sa encoder A at B na mga pin upang maiwasan ang pag-bounce sa mga linya ng pag-input.

6. Mga Konektor ng JST:

Ang lahat ng mga panlabas na bahagi ng aparato ay konektado sa pamamagitan ng mga konektor ng JST, kaya ginagawang mas maginhawa upang tipunin ang aparato, na may isang karagdagang tampok ng pagbawas ng lugar para sa mga pagkakamali sa panahon ng proseso ng pagbuo. Ginagawa ang pagmamapa ng mga konektor sa ganitong paraan:

• J3, J4: LCD
• J5: Encoder
• J6: Baterya
• J7: switch ng toggle ng SPST
• J8: Connector ng output ng RCA

Hakbang 4: Paghihinang

Dahil sa modular na disenyo ng proyektong ito, ang hakbang sa paghihinang ay naging simple:

A. Pangunahing paghihinang ng board:

1. Una sa lahat, kailangang i-crop ang prototype board sa laki ng nais na mga sukat ng enclosure.

2. Paghihinang Ang Arduino Nano module at pagsubok sa paunang operasyon nito.

3. Ang circuit ng supply ng kuryente na panghinang at pagsuri sa lahat ng mga halaga ng boltahe ay umaayon sa mga kinakailangan ng aparato.

4. Paghinang ng module ng AD9833 sa lahat ng mga paligid ng paligid.

5. Paghihinang ng lahat ng mga konektor ng JST.

B. Panlabas na mga sangkap:

1. Ang mga paghuhugas ng mga wire ng JST male konektor sa mga LCD pin sa EXACT na pagkakasunud-sunod dahil may pinlano sa pangunahing board.

2. Ang paghihinang na mga wire ng JST Male konektor sa encoder ay katulad ng nakaraang hakbang

3. Lumipat ang toggle switch sa mga wires ng JST.

4. Pag-solder ng mga wires ng JST sa baterya (Kung kinakailangan man ito. Ang ilan sa mga baterya ng Li-ion na magagamit sa eBay ay paunang solder na may kanilang sariling konektor sa JST).

Hakbang 5: Enclosure at Assembly

Matapos ang lahat ng paghihinang ay tapos na, maaari kaming magpatuloy sa pagkakasunud-sunod ng pagpupulong ng aparato:

1. Pag-isipan ang paglalagay ng mga panlabas na bahagi ng aparato: Sa aking kaso, ginusto kong ilagay ang encoder sa ibaba ng LCD, kapag ang switch ng toggle at konektor ng RCA ay inilalagay sa magkakahiwalay na panig ng kahon ng enclosure.

2. Paghahanda ng LCD frame: Magpasya kung saan matatagpuan ang LCD sa aparato, siguraduhing mailalagay ito sa tamang direksyon, nangyari sa akin ng maraming beses na matapos ko ang lahat ng proseso ng paggupit, ang LCD ay baligtad nang patayo, na pinag-uusapan kung saan ay malungkot, dahil kinakailangan upang muling ayusin ang LCD frame.

Matapos mapili ang frame, mag-drill ng maraming mga butas sa perimeter ng buong frame. Alisin ang lahat ng mga hindi ginustong plastik na hiwa gamit ang paggiling file.

Ipasok ang LCD mula sa loob at hanapin ang mga puntos ng tornilyo sa enclosure. Mag-drill ng mga butas na may naaangkop na diameter drill bits. Ipasok ang mga nakuha na tornilyo at i-fasten ang mga mani sa panloob na bahagi ng front panel.

3. Encoder: mayroon lamang solong umiinog na bahagi sa pakete. I-drill ang lugar alinsunod sa encoder na rotary diameter ng attachment. Ipasok ito mula sa loob, i-fasten ito ng isang mainit na baril na pandikit. Maglagay ng takip sa rotary attachment.

4. I-toggle switch: magpasya sa mga sukat ng swing ng toggle switch, upang maaari itong hilahin pababa o pataas nang malaya. Kung mayroon kang mga puntos ng tornilyo sa switch ng toggle, drill ang mga naaangkop na lugar sa enclosure, Kung hindi man maaari mo itong i-fasten gamit ang isang mainit na baril na pandikit.

5. RCA output konektor: Mag-drill naaangkop na butas ng diameter para sa konektor ng output ng RCA sa gilid-ilalim na bahagi ng enclosure. I-fasten ito gamit ang mainit na baril na pandikit.

6. Pangunahing board at baterya: Ilagay ang baterya ng Li-ion sa ibabang bahagi ng enclosure. Ang baterya ay maaaring i-fasten gamit ang isang mainit na baril na pandikit. Ang pangunahing board ay dapat na drilled sa apat na lugar para sa 4 na mga turnilyo sa bawat pangunahing sulok ng board. Siguraduhin na ang input ng Arduino mini-USB ay mas malapit hangga't maaari sa hangganan ng enclosure (Gagamitin namin ito para sa pagsingil at mga layunin sa pag-program).

7. Mini-USB: putulin ang ninanais na lugar para sa Arduino Nano micro-USB gamit ang isang paggiling file, sa gayon ginagawang posible upang ikonekta ang panlabas na supply ng kuryente / PC sa aparato kapag kumpleto itong naipon.

8. Pangwakas: Ikonekta ang lahat ng mga konektor ng JST, ilakip ang parehong bahagi ng enclosure na may apat na 8mm na mga tornilyo sa bawat sulok ng enclosure.

Hakbang 6: Ang Arduino Code

Ang nakalakip na code ay ang kumpletong code ng aparato na kinakailangan para sa kumpletong pagpapatakbo ng aparato. Ang lahat ng kinakailangang paliwanag ay nakakabit sa mga seksyon ng komento sa loob ng code.

Hakbang 7: Pangwakas na Pagsubok

Handa na naming magamit ang aming aparato. ang mini-USB konektor ay kumikilos pareho bilang input ng programmer at panlabas na pag-input ng charger, kaya't ang aparato ay may kakayahang mai-program kapag kumpleto na tipunin.

Inaasahan kong makikita mong kapaki-pakinabang ang pagtuturo na ito, Salamat sa pagbabasa!;)